Wie muss ein Rotor gebaut sein, damit aus Wind möglichst viel elektrische Energie wird? Dieser Frage gingen die Klassen 10a und 10b bei ihren Exkursionen ins Schülerlabor coolMINT.paderborn im Heinz Nixdorf MuseumsForum nach.
Der Workshop knüpfte direkt an die Unterrichtsreihe zum Thema Energie an. Im Mittelpunkt standen dabei Fragen, die auch im Physiklehrplan eine wichtige Rolle spielen: Wie wird Energie bereitgestellt und umgewandelt? Wie lässt sich die Leistung einer technischen Anlage bestimmen? Und welche Bedeutung haben erneuerbare Energien für eine nachhaltige Energieversorgung?
Zum Einstieg wurde gemeinsam mit den betreuenden Studenten der Universität Paderborn der Strommix in Deutschland betrachtet. Dabei wurde deutlich, wie stark der Anteil erneuerbarer Energien in den vergangenen Jahren gewachsen ist. Gerade in unserer Region, in der Windkraftanlagen und Photovoltaik vielerorts sichtbar sind, wurde schnell klar: Das Thema Energieversorgung ist nicht nur Unterrichtsstoff, sondern Teil unserer unmittelbaren Lebenswelt.
Anschließend wurde experimentiert. In kleinen Gruppen untersuchten die Schüler das Modell einer Windkraftanlage. Ein Ventilator erzeugte den Wind, dessen Geschwindigkeit mit einem Anemometer gemessen wurde. Danach nahmen die Gruppen Messreihen am Modell auf: Sie stellten unterschiedliche Spannungen ein, maßen die Stromstärke und berechneten daraus Leistung und Widerstand. Schließlich bestimmten sie den Wirkungsgrad der Anlage, also das Verhältnis von abgegebener elektrischer Leistung zur zugeführten Windleistung.
Besonders spannend wurde es beim Vergleich verschiedener Rotoren. Die Gruppen testeten Modelle mit unterschiedlich vielen Rotorblättern, verschiedenen Größen und unterschiedlichen Anstellwinkeln. Dabei zeigte sich, dass kleine Veränderungen am Rotor große Auswirkungen auf die erzeugte Leistung haben können. Besonders leistungsstark waren in den Versuchen zweiblättrige Rotoren mit geeigneter Länge, Breite und einem Anstellwinkel von etwa 15 Grad.
Nach der Pause folgte der Höhepunkt des Workshops: der Rotor-Wettbewerb. Nun konnten die Schüler selbst kreativ werden. Mit Cutter, Zangen, Feilen, Heißluftpistolen, Schraubstock und weiteren Werkzeugen bauten sie eigene Rotoren aus Kunststoffplatten. Danach wurde getestet, verbessert, erneut getestet und weiter optimiert. Schnell entwickelte sich großer Ehrgeiz: Jede Gruppe wollte die Leistung ihres Rotors noch weiter steigern. Am Ende gewann der Rotor mit der höchsten gemessenen Leistung.
Die Exkursion bot beiden Klassen eine gelungene Abwechslung zum Schuljahresende und zeigte eindrucksvoll, wie spannend Physik sein kann, wenn man technische Fragen selbst untersucht.
